Instituto Superior de Ciências do Trabalho e da

Instituto Superior de Ciências do Trabalho e da
Empresa
Fundamentos de Electrónica
ETIB1/ETIB2
Exame 27/01/2005
Duração da Prova: 2h30m + 30m tolerância
Semicondutores – 4 Valores
1. (3v) Considere um cristal de silício dopado com impurezas tipo dador com
N D  1016 / cm3 que forma uma barra de comprimento L  30 m e com uma
secção transversal de área A  7 m  7 m .
a) Determine a concentração de electrões e de lacunas às temperaturas de
250K, 300K.
b) Qual é o valor da resistividade do cristal à temperatura de 300K.
c) Se for aplicada uma tensão de 3V aos seus terminais, qual é o valor da
corrente que flúi através do cristal?
2. (1v) Dado um semicondutor com um
perfil de concentração de lacunas
representado na figura, e sabendo que
a corrente de difusão é nula, indique
qual deve ser o valor de Ln .
p0  10 / cm ,
15
3
n0  10 / cm
15
3
p0
n0
LP
e
LN
L p  8 m .
Díodos 4 Valores
1. (1v) Represente a estrutura física de um díodo de junção. Indique o
mecanismo segundo o qual o díodo entra em condução quando polarizado
directamente.
2. (1.4v) O seguinte circuito é
utilizado para gerar um sinal de
referência de 3V.
Qual deve ser o valor da
resistência R1 sabendo que os
transístores têm IS=10-15A?
Out
R1
V1
12V
D1
D2
D3
D4
3. (1,6v) Para o circuito da figura preencha a tabela (na folha de ponto) assuma
vD0=0.7 V .
5V
1kohm
R1
Entrada1
D1
D3
D2
Saida
R2
V1
1kohm
D4
Entrada2
Entrada3
E1
E1
E3
0V
0V
0V
0V
0V
5V
0V
5V
0V
0V
5V
5V
5V
0V
0V
5V
0V
5V
5V
5V
0V
5V
5V
5V
V1
Saída
Transístores de Junção Bipolar (TJBs) – 5 Valores
1. (1v) Represente a estrutura física de um transístor npn, indicando os três
terminais. Descreva o funcionamento do transístor na zona activa directa,
nomeadamente explique porque este não funciona como dois díodos costas
com costas.
2. (2.5v) No seguinte circuito é conhecido o PFR, em
que temos, Ic=4.3mA.
5V
iO
10kohm
Vo
iI
Q2
Vi
C1
1F
1kohm
a)
Represente o modelo de pequenos sinais do
circuito. Indique o valor de r e de gm do transístor.
b)
Utilize o modelo de pequenos sinais para
calcular o valor do ganho de tensão do circuito.
5V
c) Utilize o modelo de
pequenos sinais para
calcular o valor do
ganho de corrente do
circuito.
1kohm
Vc
-5V
Q1
3. (1.5v) No seguinte circuito indique o valor de Vc e
Ve obtido I1=10A e I1=100A. Assuma que
  100 . Para o modelo do transístor na saturação
considere todos os terminais ligados a um único
nó.
Ve
I1
1kohm
-5V
-5V
Transístores de Efeito de Campo (FETs) - 7 Valores
1. (1v) Represente a estrutura física de um transístor PMOS. Represente o
canal do transístor na zona de saturação e de tríodo.
5V
R1
2. (2v) Considere o circuito com k n  W / L  100A / V 2 ,
Vo
V1  2V e Vt  0.5V . Determine o valor da tensão no
dreno do transístor para a) R1  20k e b) R1  50k .
M2
V1
3. (4v)
Considere
o
seguinte
circuito,
com
k n  W / L  1mA / V , Vt  1V , R1  10k , VA  20V
5V
2
e Vi  10mV .
R1
a) Determine Vgs e Id do ponto de funcionamento
em repouso.
10kohm
Vo
b) Represente o modelo de pequenos sinais do
circuito. Determine o valor de gm e ro do modelo
de pequenos sinais.
d) Utilize o modelo de pequenos sinais para calcular o
valor do ganho de tensão do circuito.
M2
Vi
I1
2mA
e) Represente os sinais de entrada e de saída do
circuito tais como observados num osciloscópio.
-5V
Formulário:
Semicondutores
l
R 
A
  1  n q n   p q p 
E   V
J D   p q p   n q n E
n 300K   1350 cm 2V 1s 1 
J Dif  q.Dn

q  1.609  10-19 C 

D p  12 cm 2 / s
Dn  34 cm 2 / s



Eg
k .T
k  8.62  10-5 eV  K 1

B  5.4 1031 K 3cm 6
I  J .A
 p 300K   480 cm 2V 1 s 1 
n
p
 q.D p
x
x
ni2  B.T 3 .e
n. p  ni2



E g  1.12eV 
Díodos
 VVD

I D  I S    T  1




VT 
m
 V 
C J  C J 0 1  d 
 Vo 
 S  11.7  8.85 10 14 F / cm
Wdep 
kT
q
T  300 K
2 S
q
 25mV
 1
1 

VO  VR 

 N A ND 
rd  Vt / I d
Transístor de Junção Bipolar
IC  IS  e
gm 
ff 
V BE
IC  F I B
VT
IC
VT

re 
VT
VT
VA
, r 
, rO 
IC
IE
IB
 D N W 1 W2 

  1  P A


D
N
L
2
D

N
D
p
n
b



 1
gm
2 (C  C )
Transístor de Efeito de Campo
k n   n Cox
k p   p Cox
1 2

 ( v gs  Vt )  v ds  v ds 
2


k W
I ds  n   ( v gs  Vt ) 2
2 L
W
gm  k n VGS  VT 
L
1
W
 k n v gs  VT  (vds reduzido)
rD
L
I ds  k n
W
L
Cox 
 ox
tox
se
v ds  v gs  vt
(zona de tríodo)
Se
v ds  v gs  vt
(zona saturação)
rO 
VA
ID